STM32与AD9361组成的行人导航

1万 · 2019-10-11 16:59

硬件部分包括
AD9361身寸频板和AD9361控制母板，控制母板集成了FPGA和ARM;软件部分
为AD9361的控制程序。FPGA产生AD9361发射的基带信号以及处理AD9361接
收后经过正交下变频的基带信号，并计算得到接收信号的相位。AD9361的控制通
过ARM实现，STM32配置AD9361相关的寄存器，设置合理的参数，对发射信
号进行调制，对接收信号进行解调。

1万 · 2019-10-13 09:57

1万 · 2019-10-13 10:00

通过以上关于软件无线电的定义可以清楚地知道:在通信领域中，软件无线
电有着广阔的应用，同时在诸如雷达、导航、电子战、遥感、遥测、遥控等与无
线电工程的相关领域中也有很大的应用;软件无线电是一种体系、一种结构、一
种设计方法、一种设计理念，而不仅仅是一部无线电台;软件无线电的硬件平台
是越简单越好，越小越好，也因此零中频结构被广泛的应用;软件无线电的功能
软件方面要实现构件化，这样就可以更方便的去重构、去升级。只要设计的无线
电设备或者是无线电系统具有了以上这些特性，那么它才能称得上是真正的“软件
无线电”。

1万 · 2019-10-13 10:00

零中频技术的发展大约经历了10年的时间，开始的时候是中频技术:无线电
信号即射频信号进入天线，转换成中频信号，然后再转换成基带信号即I路信号和
Q路信号，信号具有较低的频率。信号在发射和接收中的变换可以表示为发射方
向:基带令中频令射频，接收方向:射频令中频令基带。传统的发射接收都要在射
频信号和基带信号之间进行多步(一下变、二下变、……)的转换。对发射来说，
首先将基带信号转换成中频信号，然后中频信号再转换成射频信号;对接收来说，
首先将射频信号转换成中频信号，然后再将中频信号转换成基带信号处理。中间
有中频信号转换就会需要中频滤波器、中频放大器，这样无疑会增大功耗和尺寸。
虽然现在无线需求在快速的增长，但是功耗和空间的预算并没有随之增长。事实
上，在功耗和空间节省需求不断增强的条件下，降低碳排放和减小物理尺寸也是
非常重要的。所以，为了实现这些目标，消除了中频滤波器、中频放大器的零中
频技术就更加的引人关注。

1万 · 2019-10-13 10:00

1万 · 2019-10-13 10:01

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1万 · 2019-10-13 10:03

1万 · 2019-10-13 10:03

1万 · 2019-10-13 10:03

本设计中，AD9361径制模块是通过配置AD9361奇存器的值采设置AD9361
的各种参数，使AD9361模块可以发射信号，然后通过下方的天线TX 1, TX2发
射出去，接收天线RX1接收带有相位延时的信号，然后传输给AD9361器件，
AD9361对接收的信号进行处理转化为数字信号，数字信号再传输给FPGA进行处
理，进而得到所求的相位差，最后求出距离。方案框图中包含三个部分:AD9361
控制模块、AD9361射频模块和天线。AD9361控制模块包括FPGA和STM32，它
们之间是通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface SPI)通信协议进行通信
的。本设计中，对AD9361的寄存器配置是通过ARM处理器STM32编程实现的，
配置AD9361的内部寄存器，进而来设置载波频率、数据速率、时钟频率、收发
通道等，以此来实现信道的功能;FPGA处理经由AD9361传输过来的数字信号，
同时与ARM处理器STM32进行通信，通过对数字信号的处理求出相位，进而求
出距离。

1万 · 2019-10-13 10:04

1万 · 2019-10-13 10:04

1万 · 2019-10-13 10:04

由图4.1和图4.5可知，SRF AD9361 V2.0开发套件的母板具有以下特点:
包含4个调试LED、一个普通S OMHz晶振、一个1 OMHz的温补晶振、一个GPS
约束时钟子系统(14bit DAC+VTCXO )、授时型Ublox GPS模块、FPGA可定制
的Altera EP4CE55 , ARM带浮点运算单元并且最大频率可达168MHz的
STM32F407, USB2.0转串口模块(支持双串口，每个串口最大速率9216000Baud/s ) ,
配置为路由器或者普通网卡的WiFi、手动复位键(复位FPGA, FPGA复位ARM,
ARM复位SRF AD9361 V2.0射频模块、ARM对SRF AD9361 V2.0射频模块配
置完成后通知FPGA ) o

1万 · 2019-10-13 10:05

ARM微处理器采用的是STM32F407单片机(Microcontroller Unit MCU )
具有可以提供168MHz工作频率的CortexTM-M4内核(具有浮点单元)性能。
STM32F407单片机采用意法半导体90纳米工艺，具有自适应的实时(ART)加速
器和动态功耗调整功能。在运行模式下，从Flash存储器执行时，实现低至238
}A/NIFIz的电流消耗，并且还具有512KB}1MB Flash和192KB SRAM，尺寸小至
10*10 mm、具有100176的引脚封装。STM32F407单片机具有出色的创新型设计，
还具有符合IEEE 15 8 8 v2标准要求的以太网MAC10/100接口和能够连接CMO S
照相机传感器的8一14位并行照相机接口。

1万 · 2019-10-13 10:05

1万 · 2019-10-13 10:05

鞋载雷达的程序设计框图如图5.1所示，分为发射和接收。发射使用两个发射
通道，接收对应使用两个接收通道，其中两个发射通道的电路是一样的，两个接
收通道的电路是一样的，将AD9361设置为双发双收模式。关于发射和接收具体
的程序设计是:发射包括AD9361寄存器配置、FPGANCO, AD9361发射通道三
个部分;接收包括AD9361寄存器配置、AD9361接收通道、FPGA数字信号处理
三个部分。

1万 · 2019-10-13 10:07

发射三个部分的功能如下:
ARM中AD9361寄存器配置部分的功能主要是对AD9361内部寄存器进行配
置，通过配置AD9361寄存器来设置信号在发射过程中所需要的各种参数。
FPGA部分主要实现两个功能。第一个功能是NCO IP核生成工程所需要的基
带信号、处理AD9361输出的数字信号。FPGA通过12bit的数字接口与AD9361
进行发射信号和接收信号的传输。第二个功能是将ARM中的寄存器配置分配到
AD9361寄存器中。根据工程使用的软件无线电开发套件的原理手册，ARM中
AD9361的寄存器配置需要通过FPGA才能分配到对应的AD9361内部寄存器中。
AD9361发射通道功能主要是在发射过程中将基带信号调制到载波信号上并
发射出去。AD9361器件提供发射器所有必要的数字处理、混合信号和RF模块，
可以实现一个直接变频系统，基带信号在AD9361中将调制到5.8GHz的载波上发
身寸出去。
接收三个部分的功能如下:
ARM中AD9361寄存器配置部分的功能主要是对AD9361内部寄存器进行配
置，通过配置AD9361寄存器来设置信号在接收过程中所需要的各种参数。
AD9361接收通道的功能主要是将天线接收过来的信号进行解调处理，最后将
数字信号传输给FPGAo AD9361中含有接收器所有必要模块，将接收到的RF信
号进行解调、正交变换将其转换成可供FPGA使用的数字信号。
接收中的FPGA主要功能是通过12bit的数字接口与AD9361进行接收端数字
信号的传输，传输过来的是经过AD9361解调处理后的数字信号，FPGA对AD9361
传输过来的数字信号进行处理求出相位。在这个过程中，利用Quartus中的滤波器、
乘法器等IP核和Cordic算法(坐标旋转数字计算方法)对数字信号进行处理，最
后通过反正切求出相位。

1万 · 2019-10-13 10:07

1万 · 2019-10-13 10:07

1万 · 2019-10-13 10:08